_ Noile cercetări descoperă obscuritate și comportamente contradictorii de transfer de căldură

Cercetătorii de la UCLA și colegii lor au descoperit un nou principiu de fizică care guvernează modul în care căldura se transferă prin materiale, iar descoperirea contrazice înțelepciunea convențională potrivit căreia căldura se mișcă întotdeauna mai repede pe măsură ce presiunea crește.

Până acum, credința comună a fost valabilă în observațiile înregistrate și experimentele științifice care implică diferite materiale, cum ar fi gaze, lichide și solide.

Cercetătorii și-au detaliat descoperirea într-un studiu publicat săptămâna trecută de Nature. . Ei au descoperit că arseniura de bor, care a fost deja văzută ca un material foarte promițător pentru gestionarea căldurii și electronice avansate, are, de asemenea, o proprietate unică. După atingerea unei presiuni extrem de ridicate, care este de sute de ori mai mare decât presiunea găsită pe fundul oceanului, conductivitatea termică a arseniurii de bor începe de fapt să scadă.

Rezultatele sugerează că ar putea exista și alte materiale care se confruntă cu același fenomen în condiții extreme. Avansul poate duce, de asemenea, la noi materiale care ar putea fi dezvoltate pentru sistemele energetice inteligente cu „ferestre de presiune” încorporate, astfel încât sistemul să pornească numai într-un anumit interval de presiune înainte de a se opri automat după atingerea unui punct de presiune maximă.

„Această constatare a cercetării fundamentale arată că regula generală a dependenței de presiune începe să eșueze în condiții extreme”, a spus liderul studiului Yongjie Hu, profesor asociat de inginerie mecanică și aerospațială la UCLA Samueli School of Engineering. „Ne așteptăm ca acest studiu nu numai să ofere un punct de referință pentru eventuala revizuire a înțelegerii actuale a mișcării căldurii, dar ar putea avea, de asemenea, un impact asupra predicțiilor de modelare stabilite pentru condiții extreme, cum ar fi cele găsite în interiorul Pământului, unde măsurătorile directe nu sunt posibile”.

Conform lui Hu, descoperirea cercetării poate duce, de asemenea, la reelaborarea tehnicilor standard utilizate în studiile undelor de șoc.

Asemenea modului în care o undă sonoră se deplasează printr-un clopot, căldura se deplasează prin majoritatea materialelor prin vibrații atomice. Pe măsură ce presiunea strânge atomii din interiorul unui material, ea permite căldurii să se deplaseze mai repede prin material, atom cu atom, până când structura sa se descompune sau se transformă într-o altă fază.

Totuși, nu este cazul. , cu arseniura de bor. Echipa de cercetare a observat că căldura a început să se miște mai lent sub presiune extremă, sugerând o posibilă interferență cauzată de diferite moduri în care căldura vibrează prin structură pe măsură ce presiunea crește, similar undelor care se suprapun care se anulează reciproc. O astfel de interferență implică interacțiuni de ordin superior care nu pot fi explicate de fizica manuală.

Rezultatele sugerează, de asemenea, că conductivitatea termică a mineralelor poate atinge un maxim după un anumit interval de presiune. „Dacă se aplică interioarelor planetare, acest lucru poate sugera un mecanism pentru o „fereastră termică” internă – un strat intern în interiorul planetei în care mecanismele fluxului de căldură sunt diferite de cele de dedesubt și de deasupra acesteia”, spune co-autorul Abby Kavner, un profesor de științe ale pământului, planetelor și spațiului la UCLA. „Un astfel de strat poate genera un comportament dinamic interesant în interioarele planetelor mari.”

Pentru a obține un mediu de presiune extrem de înaltă pentru demonstrațiile lor de transfer de căldură, cercetătorii au plasat și comprimat un cristal de arseniură de bor între două diamante într-o cameră controlată. Ei au folosit apoi teoria cuantică și câteva tehnici avansate de imagistică, inclusiv optică ultrarapidă și măsurători de împrăștiere a raze X inelastice, pentru a observa și valida fenomenul necunoscut anterior.

Studenții absolvenți de inginerie mecanică Suixuan Li, Zihao Qin, Huan Wu și Man Li din grupul de cercetare al lui Hu sunt co-autori principali ai studiului. Alți autori sunt Kavner, Martin Kunz de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley și Ahmet Alatas de la Laboratorul Național Argonne.

(Fluierul)